骨髓基质干细胞治疗股骨头坏死的研究和应用

【摘要】  　　综述了近年来骨髓基质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,MSCs）在股骨头坏死领域的研究。对MSCs的生物学特性、分离与培养及成骨特性三方面内容进行论述，揭示MSCs的内在特性，说明其有潜力骨坏死疾病；对MSCs治疗股骨头坏死临床运用的论述，说明MSCs治疗骨坏死疾病的可行性；并分析展望骨髓基质干细胞在应用上存在的问题及今后所要解决的难点。

【关键词】  骨髓基质干细胞 股骨头 坏死 综述

　　Abstract: There is a summary for the study of MSCs in the area of osteonecrosis of the femoral head.It discusses the bionomics, isolation and culture, and osteogenesis of MSCs to expose its internal character, which has the potentiality to treat the osteonecrosis; Through the discussion of clinical application of MSCs in treating osteonecrosis of the femoral head, it provides the feasibility to treat the osteonecrosis with MSCs. At last, it analyzes and prospects the problems, which would be faced in the near future.

　　Key words: bone marrow Mesenchymal Stem Cells(MSCs); femoral head; osteonecrosis；review

　　骨髓基质干细胞（bone marrow mesenchymal stem cells,MSCs）具有强大的自我增殖能力和分化多潜能性，可通过诱导向成骨方向分化。而股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head,ONFH）为进展性的难治疾病，给患者带来极大的痛苦，目前临床上多采用手术治疗，但手术创伤大，费用高，常造成治疗的障碍。因此，新型有效微创的治疗方法是今后的趋势。MSCs这种可在体外控制性培养并能在植入体内后向成骨分化的特性，给股骨头坏死的治疗带来新的突破，本文就骨髓基质干细胞治疗股骨头坏死的研究和应用概述如下。

　　1  骨髓基质干细胞

　　骨髓基质干细胞在一定条件下能够分化成如成骨细胞、软骨细胞、成纤维细胞、脂肪细胞等。而且MSCs取材方便、安全，对供体损伤小，易于分离培养，体外增殖能力强，大量传代培养后仍具有很强的成骨能力。这些优点使其成为组织工程理想的种子细胞。

　　1?1  骨髓基质干细胞的生物学特性  Friedenstein从骨髓中分离得到了长梭状、成纤维细胞样，以贴壁生长并可形成集落的细胞群，且在一定的条件下可分化为成骨细胞、脂肪细胞和成肌细胞，并且扩增20~30代后仍保持其多向分化潜能。何旭等［1］发现人的MSCs具有独特的免疫学表型，未分化的MSCs细胞CD73,CD105,CD106,CD90及CD44阳性，CD34,CD31及CD45造血谱系和内皮细胞标记则呈阴性。但目前，仍未筛选到MSCs上特有的标记分子，尚无直接方法可鉴定。研究表明［2?3］ MSCs为贴壁生长，初期表现为短梭形、多边形、星形等多种形态，经过2?3次传代后，多为长梭形的，呈成纤维集落细胞样生长。

　　1?2  骨髓基质干细胞的分离与培养  贴壁培养筛选法、密度梯度离心法、流式细胞仪分选法和免疫磁珠分选法是目前较为常见的四种从骨髓中分离MSCs的方法。也有学者研究出新的分离方法。Guo等［4］利用DNA适体作为探针从猪骨髓中快速高效分离出MSCs，分离出的MSCs显示出高效能的成骨特性。Chen等［7］利用旋转生物反应器快速培养增殖MSCs，培养8d后，测其表型为Stro-1(+),CD44(+),CD34(－),成纤维集落形成的速率明显比对照组高，这种方式培养的MSCs具有向成骨、软骨和脂肪分化的能力，是一种新型快速的培养方法。

　　1?3  骨髓基质干细胞的成骨特性  MSCs具有多分化潜能，且具有向成骨分化的潜能，利用这一特性，将大大推动股骨头坏死治疗的。祝联等［6］应用珊瑚及骨髓基质干细胞复合物修复骨缺损，术后4月骨缺损处充填了大量新生骨组织，色泽红润，8个月时色泽变白，质地坚硬，股骨无缩短，证明了MSCs能向成骨细胞转化，具有活跃的成骨能力。MSCs具备向成骨分化的能力，但必须经过一定的诱导才能更好的发挥其成骨的特性。Chang等［7］研究表明地塞米松，β -甘油磷酸钠和维生素C是MSCs向成骨细胞分化和体外成骨的必要条件。黄开等［10］将成骨细胞与诱导剂（地塞米松，β-甘油磷酸钠，抗坏血酸）一起加入培养基，结果表明成骨细胞能促进MSCs的增殖和弱诱导MSCs向成骨分化，这些研究的发现将优化诱导的条件，形成更稳定的方法。

　　2  骨髓基质干细胞治疗股骨头坏死的临床应用

　　骨髓基质干细胞的多向分化潜能，使其具备向成骨分化的能力，这必将使MSCs成为治疗股骨头坏死新型可行并且有效的方法。Hernigou等［9］ 纳入了116例189髋，行髓芯减压加自体骨髓移植治疗股骨头坏死，并经过5－10年的随访。他们在全麻下在髂前上棘抽取骨髓，将骨髓离心后所得的单核细胞通过髓芯减压孔道注入股骨头中。其中145髋为塌陷前期（Ⅰ期和Ⅱ期），有9髋行人工置换。其中44髋为已塌陷前期（Ⅲ期和Ⅳ期），有25髋行人工置换。最后分析结果发现移植的前体细胞数量多的效果好。但其为前瞻性研究，无对照组，削弱了其论证力度。而Gangji等［10］设立双盲对照髓芯减压和自体骨髓移植，13例18髋股骨头坏死，为ARCOⅠ期或Ⅱ期，术后髓芯减压组8髋中有5髋进展到Ⅲ期，而自体骨髓移植组的10髋只有1髋变为Ⅲ期，证明干细胞对早期股骨头坏死治疗是安全有效的。童培建等［11］利用骨髓多能干细胞动脉灌注治疗兔股骨头坏死，治疗后2、4周，X线表现骨质密度改变明显好转，病理组织学表现空骨陷窝减少，成骨细胞增多，新骨形成，说明高选择性股动脉灌注药物治疗股骨头坏死能加速兔股骨头坏死的再血管化和再骨化进程。

　　3  骨髓基质干细胞在应用上存在的问题及展望

　　骨髓基质干细胞是目前研究较多的组织工程种子细胞之一。在骨组织工程方面具有广泛的应用前景，但仍存在许多问题和不足，有待进一步改进。

　　3?1  MSCs的来源  Lee等［12］对3类不同的非创伤性股骨头坏死和髋关节炎的患者的MSCs向成骨和脂肪分化的能力作了比较分析。结果显示酒精性和自发性的非创伤性的股骨头坏死的MSCs向成骨分化的能力明显减弱。这说明不同病因导致的股骨头坏死的MSCs向成骨分化的能力有差异，因此要正确采集MSCs，才能使其发挥最大效益。

　　3?2  MSCs的分离鉴定纯化  目前尚未能建立鉴定MSCs的统一标准，至今还未能找到MSCs的特异标记分子。

　　3?3  植入后的MSCs的生长分化状况  目前尚不清楚MSCs在体内的调控及生长分化状况，有用铁剂标记的，磁珠标记的，绿荧光蛋白标记的，但骨科用何种安全实用的方法对细胞示踪尚需进一步研究。

　　3?4  移植时机  徐栋梁等［13］研究发现2周内骨缺损内肉芽组织尚未成熟成疤痕，血液循环较为丰富，组织间隙疏松，此时移植细胞易于生长繁殖，在骨折的环境内形成骨小梁以促进骨缺损的修复，并且骨缺损越新鲜时移植干细胞成骨越多，越快，但仍缺乏一定的标准。骨髓基质干细胞有诱人的应用前景，给股骨头坏死的带来了新的希望，但目前尚不成熟，在基础和临床应用上都需进一步研究和实践。

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  　　［1］ 何旭,郭新,崔丽.人骨髓间充质干细胞的分离培养及形态学特点［J］.显微学报，2006,25（1）:57?60.

　　［2］ Inoue S,Popp FC,Koehl GE,et al.Immunomodulatory effects of mesenchymal stem cell in a rat organ transplant model［J］.Transplantion,2006,81(11):1589?1595.

　　［3］ 余勤,连俊兰,王艳.大鼠骨髓间质干细胞体外培养扩增及生物学特性研究［J］.浙江中医药大学学报，2006,30(2):189?192.

　　［4］ Guo KT,Sohafer R,Paul A,et al.A new technique for the isolation 　and surface immobilization of mesenchymal stem cells from whole bone marrow using high?specific DNA?aptamers［J］.Stem Cells,2006:6.

　　［5］ Chen X,Xu HB,Wan C,et al.Bioreactor Expansion of Human Adult Bone Marrow?derived Mesenchymal Stem Cells(MSCs) ［J］.Stem Cells,2006.

　　［6］ 祝联,崔磊,王敏.应用珊瑚及骨髓基质干细胞复合物修复股骨缺损的实验研究［J］.中华骨科杂志，2003,23(8):483?488.

　　［7］ Chang PL,Blair HC,Zhao X,et al.Comparison of Fetal and Adult Marrow Stromal Cells in Osteogenesis with and without Glucocorticoids［J］.Connect Tissue Res,2006,47(2):67?76.

　　［8］ 黄开，章庆国，蔡国锋.成骨细胞与诱导剂对骨髓基质干细胞的增殖与成骨分化的影响［J］.修复重建外科杂志，2006，20（2）：125?129.

　　［9］ Hernigou P,Beaujean F.Treatment of osteonecrosis with autologous bone marrow grafting［J］.Clin Orthop Relat Res，2002,405:14?23.

　　［10］Gangji V,Hauzeur JP.Treatment of osteonecrosis of the femoral head with implantation of autologous bone?marrow cells surgical technique［J］.Bone Joint Surg Am,2005,1(1):106.

　　［11］Ji WF,Tong PJ,Zheng WB,et al.Experimental study on treatment of femoral head necrosis with arterial perfusion of marrow stem cells［J］.Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi，2004,24(11):999?1002.

　　［12］Lee JS,Roh HL,Kim CH,et al.Alterations in the differentiation ability of medenchymal stem cells in patients with nontraumatic osteonecrosis of the femoral head:comparative analysis according to the risk factor［J］.J Orthop Res,2006,24(4):604?609.

　　［13］徐栋梁，李佛保，符气祯.骨膜间质干细胞移植时机的实验和临床研究［J］.中华显微外科杂志,2005,26（2）：116?118.